Všeobecné informácie

Ultrazvuková jednotka UZU-1,6-O je určená na čistenie kovových filtračných prvkov a filtračných balíkov hydraulických palivových a olejových systémov lietadiel, leteckých motorov a lavicových zariadení od mechanických nečistôt, živicových látok a produktov koksovania ropy.
Jednotka môže čistiť filtračné vrecká vyrobené z materiálu X18 N15-PM podľa technológie výrobcu filtračného vrecka.

Štruktúra symbolov

UZU4-1,6-O:
UZU - ultrazvuková inštalácia;
4 - exekúcia;
1,6 - nominálny oscilačný výkon, kW;
О - čistenie;
У, Т2 - klimatická modifikácia a kategória umiestnenia
podľa GOST 15150-69, teplota okolia
od 5 do 50 ° C ї Prostredie je nevýbušné, neobsahuje vodivý prach, neobsahuje agresívne pary, plyny, ktoré môžu narušiť normálnu prevádzku zariadenia.
Inštalácia vyhovuje požiadavkám normy TU16-530.022-79.

Normatívny a technický dokument

TU 16-530.022-79

technické údaje

Napätie trojfázovej napájacej siete s frekvenciou 50 Hz, V - 380/220 Príkon, kW, nič viac: bez osvetlenia a ohrievačov - 3,7 s osvetlením a ohrievačmi - 12 Prevádzková frekvencia generátora, kHz - 18 Generátor výstupný výkon, kW - 1,6 Účinnosť generátora,%, nie menej - 45 anódové napätie generátora, V - 3000 žiarovkové napätie generátorových žiaroviek, V - 6,3 výstupné napätie generátora, V - 220 magnetizačný prúd, A - 18 anódový prúd, A - 0,85 mriežkový prúd, A - 0,28 Počet kúpeľov, ks - 2 Objem jedného kúpeľa, l, nie menej - 20 Doba zahrievania premývacieho roztoku v kúpeľoch od 5 do 65 ° С bez zapnutia generátora, min., Nie viac: pri prevádzke s olejom AMG 10 - 20 počas prevádzky na vodných roztokoch hexametafosforečnanu sodného, ​​fosforečnanu trojsodného a dusičnanu sodného alebo sinval - 35 Trvanie nepretržitej prevádzky zariadenia, h, nie viac - 12 Vzduchom nútené chladenie inštalačných prvkov. Čas ultrazvukové čistenie jedného filtračného prvku, min., nie viac - 10 Čas na uvedenie jednotky do prevádzkovej polohy, min., nie viac - 35 Čas na návrat späť do zloženej polohy, min., nie viac - 15 Hmotnosť, kg, nie viac - 510
Záručná doba je 18 mesiacov od dátumu uvedenia do prevádzky.

Dizajn a princíp činnosti

Konštrukcia ultrazvukovej jednotky UZU4-1,6-O (pozri obrázok) je mobilný kontajner, dokončený v blokoch.

Celkový pohľad a rozmery ultrazvuková jednotka UZU4-1,6-О
Inštalácia má dva technologické kúpele. Vybavený vozíkom na otáčanie filtrov a ich prenos z jedného kúpeľa do druhého. V každom kúpeli je nainštalovaný magnetostrikčný menič typu PM1-1.6 / 18. Menič je chladený vzduchom, generátor je vstavaný. Dodacia sada jednotky UZU4-1,6-O obsahuje: ultrazvukovú jednotku UZU-1,6-O, ​​náhradné diely a príslušenstvo, 1 súpravu, sadu prevádzkovej dokumentácie, 1 súpravu.

ELEKTROSPETY

ELEKTROSPETY

Elektrochemické a mechanické inštalácie, ultrazvukové zariadenia (UZU)

Tento spôsob spracovania je založený na mechanickom pôsobení na materiál. Hovorí sa mu ultrazvuk, pretože frekvencia nárazov zodpovedá rozsahu nepočuteľných zvukov (f = 6 ... 105 kHz).
Zvukové vlny sú mechanické elastické vibrácie, ktoré sa môžu šíriť iba v elastickom médiu.
Keď sa zvuková vlna šíri v elastickom médiu, častice materiálu vykonávajú okolo svojich polôh elastické vibrácie rýchlosťou, ktorá sa nazýva oscilačná.
Zahusťovanie a riedenie média v pozdĺžnej vlne je charakterizované prebytkom, takzvaným zvukovým tlakom.
Rýchlosť šírenia zvukovej vlny závisí od hustoty média, v ktorom sa pohybuje.
Čím je materiál média tuhší a ľahší, tým väčšia je rýchlosť. Pri šírení v materiálnom prostredí zvuková vlna nesie energiu, ktorú je možné využiť v technologických procesoch.
Výhody ultrazvukového ošetrenia:

Možnosť získavania akustickej energie rôznymi technikami;
- široká škála ultrazvukových aplikácií (od rozmerového spracovania po zváranie, tvrdé spájkovanie atď.);
- jednoduchosť automatizácie a prevádzky

Nevýhody:

Zvýšené náklady na akustickú energiu v porovnaní s inými druhmi energie;
- potreba výroby generátorov ultrazvukových vibrácií;
- potreba výroby špeciálnych nástrojov so špeciálnymi vlastnosťami a tvarom.

Ultrazvukové vibrácie sú sprevádzané mnohými účinkami, ktoré možno použiť ako základné na vývoj rôznych procesov:
- kavitácia, t.j. tvorba bublín v kvapaline (počas fázy predĺženia) a ich prasknutie (počas fázy kompresie); v tomto prípade vznikajú veľké lokálne okamžité tlaky, dosahujúce hodnoty 10 2 N / m 2;
- absorpcia ultrazvukových vibrácií látkou, pri ktorej sa časť energie premieňa na teplo a časť sa vynakladá na zmenu štruktúry látky.
Tieto efekty sa používajú na:
- separácia molekúl a častíc rôznej hmotnosti v nehomogénnych suspenziách;
- koagulácia (zväčšenie) častíc;
- dispergovanie (drvenie) látky a miešanie s ostatnými;
- odplynenie kvapalín alebo tavenín v dôsledku tvorby veľkých plávajúcich bublín.
Prvky UCU
Každý UZU obsahuje tri hlavné prvky:
- zdroj ultrazvukových vibrácií;
- akustický transformátor rýchlosti (rozbočovač);
- detaily zapínania.
Zdroje ultrazvukových vibrácií môžu byť dvoch typov - mechanické a elektrické.
Mechanické zdroje premieňajú mechanickú energiu, napríklad rýchlosť pohybu kvapaliny alebo plynu.
Patria sem ultrazvukové sirény a píšťaly.Elektrické ultrazvukové zdroje premieňajú elektrickú energiu na mechanické elastické vibrácie zodpovedajúcej frekvencie. Existujú elektrodynamické, magnetostrikčné a piezoelektrické meniče.
Najpoužívanejšie sú magnetostrikčné a piezoelektrické meniče.
Princíp činnosti magnetostrikčných meničov je založený na pozdĺžnom magnetostrikčnom efekte, ktorý sa prejavuje zmenou dĺžky kovového telesa vyrobeného z feromagnetických materiálov (bez zmeny ich objemu) pod vplyvom magnetického poľa.
Magnetostrikčný účinok je pre rôzne kovy odlišný. Nikel a permendur majú vysokú magnetostrikciu.
Balíček magnetostrikčného meniča je jadro vyrobené z tenkých dosiek, na ktoré je umiestnené vinutie, ktoré v ňom excituje striedavé elektromagnetické pole s vysokou frekvenciou.
Pri magnetostrikčnom efekte sa znak deformácie jadra nemení, keď sa zmení smer poľa. Frekvencia zmeny deformácie je 2 krát vyššia ako frekvencia (f) zmeny striedavého prúdu prechádzajúceho vinutím meniča, pretože k deformácii rovnakého znamienka dochádza v kladných a záporných polovičných periódach.
Princíp činnosti piezoelektrické meniče založené na schopnosti niektorých látok meniť svoje geometrické rozmery (hrúbku a objem) v elektrickom poli. Piezoelektrický efekt je reverzibilný. Ak je doska z piezoelektrického materiálu podrobená kompresii alebo deformácii ťahom, potom sa na jej okrajoch objavia elektrické náboje. Ak je piezoelement umiestnený v premennej elektrické pole, potom sa zdeformuje a vzrušuje životné prostredie ultrazvukové vibrácie. Vibračná doska z piezoelektrického materiálu je elektromechanický menič.
Piezoelementy na báze titánu bária, olova a zirkoničitanu titánu (PZT) sú široko používané.
Akustické transformátory rýchlosti(koncentrátory pozdĺžnych elastických vibrácií) môžu mať iný tvar (obr. 1.4-10).

Slúžia na zosúladenie parametrov prevodníka so záťažou, na prichytenie vibračného systému a na zavedenie ultrazvukových vibrácií do oblasti spracovávaného materiálu.
Tieto zariadenia sú tyče rôznych prierezov, vyrobené z materiálov s odolnosťou proti korózii a kavitácii, tepelnou odolnosťou, odolnosťou voči agresívnym médiám a oderu.
Koncentrátory sú charakterizované koeficientom koncentrácie vibrácií (К кк):

Nárast amplitúdy vibrácií konca s malým prierezom v porovnaní s amplitúdou vibrácií konca väčšieho prierezu je vysvetlený skutočnosťou, že pri rovnakej sile vibrácií vo všetkých prierezoch rýchlostný transformátor, intenzita vibrácií malého konca je "K kk" krát väčšia.

Technologické využitie Ultrazvuková kontrola

V priemysle sa ultrazvuk používa v troch hlavných oblastiach: silová akcia o materiáli, intenzifikácii a ultrazvukové testovanie procesy.
Silný náraz na materiáli sa používa na obrábanie tvrdých a supertvrdých zliatin, získavanie stabilných emulzií atď.
Najčastejšie sa používajú dva typy ultrazvukových ošetrení pri charakteristických frekvenciách 16 ... 30 kHz:
- rozmerové spracovanie na obrábacích strojoch pomocou nástrojov,
- čistenie v kúpeľoch kvapalným médiom.
Hlavným pracovným mechanizmom ultrazvukového zariadenia je akustická jednotka
( ryža. 1,4-11). Je určený na uvedenie pracovného nástroja do vibračného pohybu.

Akustická jednotka získava energiu z elektrického oscilátora (zvyčajne žiarovky), ku ktorému je pripojené vinutie (2)
Hlavným prvkom akustickej jednotky je magnetostrikčný (alebo piezoelektrický) prevodník energie elektrických vibrácií na energiu mechanických elastických vibrácií - vibrátor (1).
Vibrácie vibrátora, ktoré sa striedavo predlžujú a skracujú s ultrazvukovou frekvenciou v smere magnetického poľa vinutia, sú zosilnené koncentrátorom (4) pripevneným na konci vibrátora.
K koncentrátoru je pripevnený oceľový nástroj (5) tak, aby medzi jeho koncom a obrobkom (6) zostala medzera.
Vibrátor je umiestnený v ebonitovom plášti (3), kde je dodávaná tečúca chladiaca voda.
Nástroj musí mať tvar uvedenej sekcie otvoru. Z dýzy (7) sa do priestoru medzi koncovou stranou nástroja a povrchom obrobku, ktorý sa má spracovať, privádza kvapalina s najmenšími zrnami brúsneho prášku.
Z oscilačnej koncovej plochy nástroja získajú brúsne zrná vysokú rýchlosť, narazia na povrch súčiastky a vyrazia z nej najmenšie triesky.
Napriek tomu, že produktivita každého úderu je zanedbateľná, produktivita zariadenia je relatívne vysoká, čo je spôsobené vysokou frekvenciou vibrácií nástroja (16 ... 30 kHz) a veľkým počtom brúsnych zŕn (20 ... 100 tisíc / cm3) pohybujúcich sa súčasne s vysokým zrýchlením.
Keď sa vrstvy materiálu odstránia, nástroj sa automaticky podá.
Abrazívna kvapalina sa privádza do oblasti tlakového spracovania a vyplavuje odpad zo spracovania.
S pomocou ultrazvukovej technológie je možné vykonávať operácie ako piercing, sekanie, vŕtanie, rezanie, brúsenie a ďalšie.
Príkladom sú priemyselne vyrábané ultrazvukové prepichovacie stroje (modely 4770,4773A) a univerzálne (modely 100A).
Ultrazvukové kúpele (obr. 1.4-12) používa sa na čistenie povrchov kovové časti z koróznych produktov, oxidových filmov, minerálnych olejov atď.

Prevádzka ultrazvukového kúpeľa je založená na využití účinku miestnych hydraulických šokov, ktoré sa vyskytujú v kvapaline pôsobením ultrazvuku.
Princíp fungovania takéhoto kúpeľa je nasledujúci. Obrobok (1) je ponorený (zavesený) do nádrže (4) naplnenej kvapalným čistiacim médiom (2).
Vysielačom ultrazvukových vibrácií je membrána (5) spojená s magnetostrikčným vibrátorom (b) pomocou lepiacej kompozície (8).
Kúpeľ je inštalovaný na základni (7). Vlnami sa šíria vlny ultrazvukových vibrácií (3) pracovisko kde prebieha spracovanie.
Ultrazvukové čistenie je najúčinnejšie pri odstraňovaní kontaminantov z ťažko dostupných dutín, priehlbín a malých kanálov.
Okrem toho sa týmto spôsobom dajú získať stabilné emulzie takých kvapalín, ktoré sa nemiešajú bežnými spôsobmi, ako je voda a olej, ortuť a voda, benzén, voda a ďalšie.
Ultrazvukové zariadenia sú relatívne drahé, a preto je ekonomicky možné používať ultrazvukové čistenie malých súčiastok iba v podmienkach hromadnej výroby.
Intenzifikácia technologických procesov.
Ultrazvukové vibrácie výrazne menia priebeh niektorých chemických procesov.
Napríklad polymerizácia pri určitej intenzite zvuku je intenzívnejšia. S poklesom sily zvuku je možný opačný proces - depolymerizácia.
Preto sa táto vlastnosť používa na riadenie polymerizačnej reakcie. Zmenou frekvencie a intenzity ultrazvukových vibrácií môžete zaistiť požadovanú reakčnú rýchlosť.
V metalurgii vedie zavedenie elastických oscilácií ultrazvukovej frekvencie do tavenín k významnému rozdrveniu kryštálov a zrýchleniu tvorby nánosov počas kryštalizácie, k zníženiu pórovitosti, zvýšeniu mechanických vlastností stuhnutých tavenín a k zníženiu v obsahu plynov v kovoch.
Mnoho kovov (napríklad olovo a hliník) sa nemieša v kvapalnej forme. Superpozícia ultrazvukových vibrácií na tavenine podporuje „rozpustenie“ jedného kovu v inom. Ultrazvukové riadenie procesu.
Pomocou ultrazvukových vibrácií je možné nepretržite monitorovať priebeh technologického postupu laboratórne rozbory vzorky.
Za týmto účelom je závislosť parametrov zvukovej vlny na fyzikálne vlastnosti prostredia a potom zmena týchto parametrov po pôsobení na životné prostredie s dostatočnou presnosťou na posúdenie jeho stavu. Spravidla sa používajú ultrazvukové vibrácie s nízkou intenzitou.
Zmenou energie zvukovej vlny je možné ovládať zloženie rôznych zmesí, ktoré nie sú chemickými zlúčeninami. Rýchlosť zvuku v takýchto médiách sa nemení a prítomnosť nečistôt suspendovaných látok ovplyvňuje absorpčný koeficient zvukovej energie. To umožňuje určiť percento nečistôt vo východiskovom materiáli.
Odrazom zvukových vĺn na rozhraní medzi médiom („presvetlenie“ ultrazvukovým lúčom) je možné určiť prítomnosť nečistôt v monolite a vytvoriť ultrazvukové diagnostické zariadenia.

Tento spôsob spracovania je založený na mechanickom pôsobení na materiál. Hovorí sa mu ultrazvuk, pretože frekvencia nárazov zodpovedá rozsahu nepočuteľných zvukov (f = 6-10 5 kHz).

Zvukové vlny sú mechanické elastické vibrácie, ktoré sa môžu šíriť iba v elastickom médiu.

Keď sa zvuková vlna šíri v elastickom médiu, častice materiálu vykonávajú okolo svojich polôh elastické vibrácie rýchlosťou, ktorá sa nazýva oscilačná.

Zahusťovanie a riedenie média v pozdĺžnej vlne je charakterizované prebytkom, takzvaným zvukovým tlakom.

Rýchlosť šírenia zvukovej vlny závisí od hustoty média, v ktorom sa pohybuje. Pri šírení v materiálnom prostredí zvuková vlna nesie energiu, ktorú je možné využiť v technologických procesoch.

Výhody ultrazvukového ošetrenia:

Možnosť získavania akustickej energie rôznymi technikami;

Široká škála ultrazvukových aplikácií (od dimenzovania po zváranie, tvrdé spájkovanie atď.);

Jednoduchosť automatizácie a prevádzky;

Nevýhody:

Zvýšené náklady na akustickú energiu v porovnaní s inými druhmi energie;

Potreba výroby generátorov ultrazvukových vibrácií;

Potreba vyrábať špeciálne nástroje so špeciálnymi vlastnosťami a tvarom.

Ultrazvukové vibrácie sú sprevádzané mnohými účinkami, ktoré možno použiť ako základné na vývoj rôznych procesov:

Kavitácia, teda tvorba bublín v kvapaline a ich prasknutie.

V tomto prípade vznikajú veľké lokálne okamžité tlaky dosahujúce 10 8 N / m2;

Absorpcia ultrazvukových vibrácií látkou, pri ktorej sa časť energie premieňa na teplo a časť sa vynakladá na zmenu štruktúry látky.

Tieto efekty sa používajú na:

Separácia molekúl a častíc rôznej hmotnosti v nehomogénnych suspenziách;

Koagulácia (zväčšenie) častíc;

Rozpustenie (rozdrvenie) látky a zmiešanie s ostatnými;

Odplynenie kvapalín alebo tavenín v dôsledku tvorby veľkých plávajúcich bublín.

1.1. Prvky ultrazvukových inštalácií

Akékoľvek ultrazvukové zariadenie (USU) obsahuje tri hlavné prvky:

Zdroj ultrazvukových vibrácií;

Akustický transformátor rýchlosti (rozbočovač);

Detaily zapínania.

Zdroje ultrazvukových vibrácií (UZK) môžu byť dvoch typov - mechanické a elektrické.

Mechanický prevádza mechanickú energiu, napríklad rýchlosť pohybu kvapaliny alebo plynu. Patria sem ultrazvukové sirény alebo píšťalky.

Elektrické zdroje ultrazvukového testovania prevádzajú elektrickú energiu na mechanické elastické vibrácie zodpovedajúcej frekvencie. Existujú elektrodynamické, magnetostrikčné a piezoelektrické meniče.

Najpoužívanejšie sú magnetostrikčné a piezoelektrické meniče.

Princíp činnosti magnetostrikčných meničov je založený na pozdĺžnom magnetostrikčnom efekte, ktorý sa prejavuje zmenou dĺžky kovového telesa vyrobeného z feromagnetických materiálov (bez zmeny ich objemu) pod vplyvom magnetického poľa.

Magnetostrikčný účinok rôzne materiály rôzne. Nikel a permendur (zliatina železa s kobaltom) majú vysokú magnetostrikciu.

Balíček magnetostrikčného meniča je jadro vyrobené z tenkých dosiek, na ktoré je umiestnené vinutie, ktoré v ňom excituje striedavé elektromagnetické pole s vysokou frekvenciou.

Princíp činnosti piezoelektrických meničov je založený na schopnosti niektorých látok meniť svoje geometrické rozmery (hrúbku a objem) v elektrickom poli. Piezoelektrický efekt je reverzibilný. Ak je doska vyrobená z piezoelektrického materiálu podrobená kompresii alebo deformácii ťahom, potom sa na jej okrajoch objavia elektrické náboje. Ak je piezoelektrický prvok umiestnený v striedavom elektrickom poli, deformuje sa a vzrušujúce ultrazvukové vibrácie v prostredí. Vibračná doska z piezoelektrického materiálu je elektromechanický menič.

Piezoelementy na báze titánu bárnatého a zirkoničitanu olovnatého sú široko používané.

Akustické rýchlostné transformátory (koncentrátory pozdĺžnych elastických vibrácií) môžu mať rôzne tvary (obr. 1.1).

Ryža. 1.1. Tvary nábojov

Slúžia na zosúladenie parametrov prevodníka so záťažou, na prichytenie vibračného systému a na zavedenie ultrazvukových vibrácií do oblasti spracovávaného materiálu. Tieto zariadenia sú tyče rôzneho prierezu vyrobené z materiálov s odolnosťou proti korózii a kavitácii, tepelnou odolnosťou a odolnosťou voči agresívnym médiám.

1.2. Technologické využitie ultrazvukových vibrácií

V priemysle sa ultrazvuk používa v troch hlavných oblastiach: silové pôsobenie na materiál, zosilnenie a ultrazvukové riadenie procesov.

Násilné pôsobenie na materiál

Žiada sa o mechanické spracovanie tvrdé a supertvrdé zliatiny, získanie stabilných emulzií atď.

Najčastejšie sa používajú dva typy ultrazvukových ošetrení pri charakteristických frekvenciách 16-30 kHz:

Dimenzionálne spracovanie na obrábacích strojoch pomocou nástrojov;

Čistenie v kúpeľoch kvapalným médiom.

Hlavným pracovným mechanizmom ultrazvukového stroja je akustická jednotka (obr. 1.2). Je určený na uvedenie pracovného nástroja do vibračného pohybu. Akustická jednotka je napájaná elektrickým oscilátorom (spravidla žiarovkou), ku ktorému je pripojené vinutie 2.

Hlavným prvkom akustickej jednotky je magnetostrikčný (alebo piezoelektrický) prevodník energie elektrických vibrácií na energiu mechanických elastických vibrácií - vibrátor 1.

Ryža. 1.2. Akustická jednotka ultrazvukovej inštalácie

Vibrácie vibrátora, ktoré sa variabilne predlžujú a skracujú ultrazvukovou frekvenciou v smere magnetického poľa vinutia, sú zosilnené koncentrátorom 4 pripevneným na koniec vibrátora.

K koncentrátoru je pripevnený oceľový nástroj 5, takže medzi jeho koncom a obrobkom 6 zostáva medzera.

Vibrátor je umiestnený v ebonitovom plášti 3, do ktorého je dodávaná tečúca chladiaca voda.

Nástroj musí mať tvar uvedenej sekcie otvoru. Do priestoru medzi koncovou stranou nástroja a povrchom obrobku, ktorý sa spracúva, sa z dýzy 7 privádza kvapalina s najmenšími zrnami brúsneho prášku.

Z oscilačnej koncovej plochy nástroja získajú brúsne zrná vysokú rýchlosť, narazia na povrch súčiastky a vyrazia z nej najmenšie triesky.

Napriek tomu, že produktivita každého úderu je zanedbateľná, produktivita zariadenia je relatívne vysoká, čo je dané vysokou frekvenciou vibrácií nástroja (16-30 kHz) a veľkým počtom súčasne sa pohybujúcich brúsnych zŕn s veľkým zrýchlením.

Keď sa vrstvy materiálu odstránia, nástroj sa automaticky podá.

Abrazívna tekutina sa pod tlakom privádza do oblasti spracovania a odplavuje odpad zo spracovania.

S pomocou ultrazvukovej technológie je možné vykonávať operácie ako piercing, sekanie, vŕtanie, rezanie, brúsenie a ďalšie.

Ultrazvukové kúpele (obr. 1.3) sa používajú na čistenie povrchov kovových častí od koróznych produktov, oxidových filmov, minerálnych olejov atď.

Prevádzka ultrazvukového kúpeľa je založená na využití účinku miestnych hydraulických šokov, ktoré sa vyskytujú v kvapaline pôsobením ultrazvuku.

Princíp činnosti takéhoto kúpeľa je nasledujúci: obrobok (1) je ponorený do nádrže (4) naplnenej tekutým detergentným médiom (2). Vysielačom ultrazvukových vibrácií je membrána (5) spojená s magnetostrikčným vibrátorom (6) pomocou lepiacej kompozície (8). Kúpeľ je inštalovaný na základni (7). Vlny ultrazvukových vibrácií (3) sa šíria v pracovnej oblasti, kde sa ošetrenie vykonáva.

Ryža. 1.3. Ultrazvukový kúpeľ

Ultrazvukové čistenie je najúčinnejšie pri odstraňovaní kontaminantov z ťažko dostupných dutín, priehlbín a malých kanálov. Okrem toho sa týmto spôsobom dajú získať stabilné emulzie takých kvapalín nemiešateľných konvenčnými metódami, akými sú voda a olej, ortuť a voda, benzén a ďalšie.

Ultrazvukové zariadenia sú relatívne drahé, a preto je ekonomicky možné používať ultrazvukové čistenie malých súčiastok iba v podmienkach hromadnej výroby.

Intenzifikácia technologických procesov

Ultrazvukové vibrácie výrazne menia priebeh niektorých chemických procesov. Napríklad polymerizácia pri určitej intenzite zvuku je intenzívnejšia. S poklesom sily zvuku je možný opačný proces - depolymerizácia. Preto sa táto vlastnosť používa na riadenie polymerizačnej reakcie. Zmenou frekvencie a intenzity ultrazvukových vibrácií môžete zaistiť požadovanú reakčnú rýchlosť.

V metalurgii vedie zavedenie elastických vibrácií ultrazvukovej frekvencie do tavenín k významnému rozdrveniu kryštálov a zrýchleniu tvorby nánosov počas kryštalizácie, k zníženiu pórovitosti, zvýšeniu mechanických vlastností stuhnutých tavenín a k zníženiu v obsahu plynov v kovoch.

Ultrazvukové riadenie procesu

Pomocou ultrazvukových vibrácií môžete nepretržite sledovať priebeh technologického postupu bez laboratórnej analýzy vzoriek. Za týmto účelom sa spočiatku stanoví závislosť parametrov zvukovej vlny od fyzikálnych vlastností média a potom sa zmenou týchto parametrov po pôsobení na médium s dostatočnou presnosťou posúdi jeho stav. Spravidla sa používajú ultrazvukové vibrácie s nízkou intenzitou.

Zmenou energie zvukovej vlny je možné ovládať zloženie rôznych zmesí, ktoré nie sú chemickými zlúčeninami. Rýchlosť zvuku v takýchto médiách sa nemení a prítomnosť nečistôt suspendovaných látok ovplyvňuje absorpčný koeficient zvukovej energie. To umožňuje určiť percento nečistôt vo východiskovom materiáli.

Odrazom zvukových vĺn na rozhraní medzi médiom („presvetlenie“ ultrazvukovým lúčom) je možné určiť prítomnosť nečistôt v monolite a vytvoriť ultrazvukové diagnostické zariadenia.

Závery: ultrazvuk sú elastické vlny s frekvenciou vibrácií od 20 kHz do 1 GHz, ktoré nie sú pre ľudské ucho počuteľné. Ultrazvukové zariadenia sú široko používané na spracovanie materiálov kvôli vysokofrekvenčným akustickým vibráciám.

Tento článok popisuje návrh najjednoduchšej ultrazvukovej inštalácie určenej na demonštráciu experimentov s ultrazvukom. Inštalácia pozostáva z generátora ultrazvukových vibrácií, žiariča, zaostrovacieho zariadenia a niekoľkých pomocné zariadenia, čo umožňuje predviesť rôzne experimenty, ktoré vysvetľujú vlastnosti a metódy aplikácie ultrazvukových vibrácií.

Pomocou najjednoduchšej ultrazvukovej inštalácie je možné ukázať šírenie ultrazvuku v rôznych médiách, odraz a lom ultrazvuku na rozhraní dvoch médií, absorpciu ultrazvuku v rôznych látkach. Okrem toho je možné predviesť výrobu olejových emulzií, čistenie znečistených častí, ultrazvukové zváranie, ultrazvukovú kvapalinovú fontánu, biologické efekty ultrazvukových vibrácií.

Výrobu takejto inštalácie je možné vykonať v školských dielňach snahou starších študentov.

Zariadenie na demonštráciu experimentov s ultrazvukom pozostáva z elektronického generátora (obr. 1), kremenného meniča elektrických vibrácií na ultrazvukové a nádoby šošovky (obr. 2) na zaostrovanie ultrazvuku. Napájací zdroj obsahuje iba výkonový transformátor Tr1, pretože anódové obvody žiaroviek generátora sú napájané priamo striedavým prúdom (bez usmerňovača). Toto zjednodušenie nemá nepriaznivý vplyv na činnosť zariadenia a zároveň výrazne zjednodušuje jeho obvod a dizajn.

Elektronický generátor je vyrobený podľa push-pull obvodu na dvoch žiarovkách 6PZS, spojených podľa triodového obvodu (mriežky obrazovky žiaroviek sú spojené s anódami). Obvod L1C2 je zahrnutý v anódových obvodoch žiaroviek, ktoré určujú frekvenciu generovaných oscilácií, a cievka je zahrnutá v sieťových obvodoch. spätnú väzbu L2. V katódových obvodoch je zahrnutý malý odpor R1, ktorý do značnej miery určuje režim žiaroviek.

Obr. Schematický diagram generátor

Vysokofrekvenčný signál je privádzaný do kremenného rezonátora cez blokovacie kondenzátory C4 a C5. Kremeň je vložený do zapečateného držiaka kremeňa (obr. 2) a ku generátoru je pripojený drôtmi dlhými 1 m.

Ryža. 2. Nádoba na šošovku a držiak kremeňa

Okrem uvažovaných podrobností sú v obvode tiež kondenzátory C1 a C3, ako aj tlmivka Dr1, prostredníctvom ktorej je anódové napätie dodávané do anód žiaroviek. Táto tlmivka zabraňuje skratu vysokofrekvenčného signálu cez kondenzátor C1 a medziprechodovej kapacite výkonového transformátora.

Hlavnými domácimi časťami generátora sú cievky L1 a L2, vyrobené vo forme plochých špirál. Na ich výrobu musíte vystrihnúť drevenú šablónu. Z dosky širokej 25 cm sú vyrezané dva štvorce, ktoré slúžia ako líca šablóny. V strede každej tváre by mali byť urobené otvory pre kovovú tyč s priemerom 10-15 mm a do jednej z tvárí vyrežte otvor alebo drážku širokú 3 mm, aby ste pripevnili zvitok cievky. Na kovovej tyči sa z oboch koncov odstrihne niť a líca sa umiestnia medzi dve matice vo vzdialenosti rovnajúcej sa priemeru navinutého drôtu. V tomto prípade môže byť výroba šablóny považovaná za úplnú a začať navíjanie cievok.

Kovová tyč je na jednom konci upnutá do zveráka, medzi líce je položená prvá (vnútorná) drôtená cievka, po ktorej sú matice utiahnuté a navíjanie pokračuje. Cievka L1 má 16 závitov a cievka L2 má 12 závitov medeného drôtu s priemerom 3 mm. Cievky L1 a L2 sú vyrobené oddelene, potom sú umiestnené nad sebou na priečnik vyrobený z textolitu alebo plastu (obr. 3). Aby cievky získali väčšiu pevnosť, sú v priečnikoch vyrezané pílkou alebo pilníkom. Na upevnenie cievok by mala byť jedna z nich stlačená zhora druhým krížom (bez priehlbín) a druhá by mala byť umiestnená priamo na dosku z organické sklo, getinax alebo plast, namontovaný na kovovom šasi generátora.

Ryža. 3

Vysokofrekvenčná tlmivka je navinutá na keramickom alebo plastovom ráme s priemerom 30 mm drôtom PELSHO-0,25 mm. Navíjanie sa vykonáva hromadne v sekciách po 100 závitov. Celkovo má tlmivka 300-500 otáčok. V tomto prevedení je použitý podomácky vyrobený výkonový transformátor vyrobený na jadre z dosiek Sh-33, hrúbka súpravy je 33 mm. Sieťové vinutie obsahuje 544 závitov drôtu PEL-0,45. Sieťové vinutie je určené na pripojenie k sieti s napätím 127 V. V prípade použitia siete s napätím 220 V musí vinutie I obsahovať 944 závitov drôtu PEL-0,35. Zosilňovacie vinutie má 2980 závitov drôtu PEL-0,14 a vláknové vinutie žiaroviek-30 závitov drôtu PEL-1,0. Takýto transformátor môže byť nahradený výkonovým transformátorom značky ELS-2, pričom sa používa iba sieťové vinutie, vláknové vinutie žiaroviek a stupňovité vinutie alebo ľubovoľný výkonový transformátor s výkonom najmenej 70 VA a so zvýšeným vinutím, poskytujúcim pri záťaži 470 V na anódach žiaroviek 6ПЗС.

Držiak kremeňa je vyrobený z bronzu podľa výkresu na obr. 4. Do tela je pomocou vŕtačky s priemerom 3 mm na vyvŕtanie drôtu vyvŕtaný otvor v tvare L. Do tela je vložený gumový krúžok e, ktorý slúži na tlmenie nárazov a izoláciu kremeňa. Prsteň je možné vystrihnúť z bežnej gumy na ceruzky. Klzný krúžok b je vyrezaný z mosadznej fólie s hrúbkou 0,2 mm. Tento krúžok má očko na spájkovanie drôtu. Oba vodiče a a musia mať dobrú izoláciu. Drôt je tiež spájkovaný s nosnou prírubou O. Nedoporučuje sa krútiť drôty dohromady.

Obr. Držiak kremeňa

Nádoba šošovky sa skladá z valca e a ultrazvukovej šošovky b (obr. 5). Valec je ohnutý z 3 mm hrubej dosky z plexiskla na okrúhlej drevenej šablóne s priemerom 19 mm.

Obr. Nádoba na objektív

Platňa sa zahrieva na plameni, kým nezmäkne, ohne sa vzorom a prilepí sa octovou esenciou. Lepený valec je zviazaný niťami a nechá sa dve hodiny schnúť. Potom sa koncové konce valca vyrovnajú šmirglovým papierom a nite sa odstránia. Na výrobu ultrazvukovej šošovky b musíte z guľôčkového ložiska vyrobiť špeciálne zariadenie (obr. 6) z oceľovej gule s priemerom 18-22 mm. Lopta by mala byť žíhaná zahriatím na červené teplo a pomalým chladením. Potom sa do gule vyvŕta otvor s priemerom 6 mm a vyreže sa vnútorný závit. Na upevnenie tejto gule v skľučovadle vŕtačky je potrebné z tyče vyrobiť tyč so závitom na jednom konci.

Obr. Prispôsobenie

Tyč so zaskrutkovanou guľou je upnutá do skľučovadla stroja, stroj je zapnutý strednou rýchlosťou a stlačením gule do dosky z plexiskla s hrúbkou 10 až 12 mm sa získa potrebné sférické vybranie. Keď sa lopta prehĺbi o vzdialenosť rovnajúcu sa jej polomeru, vŕtačka vypnite a bez zastavenia tlaku na loptu ju ochladte vodou. V dôsledku toho sa v doske z organického skla získa sférická depresia ultrazvukovej šošovky. Z platne s vybraním pomocou píly na pílky je vyrezaný štvorec so stranou 36 mm, prstencový výčnelok vytvorený okolo vybrania je vyrovnaný jemnozrnným brúsnym papierom a platňa je zospodu brúsená tak, aby dno 0,2 mm silné zvyšky v strede priehlbiny. Potom sa miesta poškriabané brúsnym papierom prebrúsia na priehľadnosť a ďalej sústruh odrežte rohy tak, aby sférické vybranie zostalo v strede dosky. Na spodnej strane platne je potrebné urobiť výčnelok s výškou 3 mm a priemerom 23,8 mm, aby sa šošovka vycentrovala na kremenný držiak.

Po hojnom navlhčení jedného z koncových koncov valca octovou esenciou alebo dichlóretánom sa prilepí k ultrazvukovej šošovke tak, aby sa stredová os valca zhodovala s osou prechádzajúcou stredom šošovky. Po vysušení v lepenej nádobe sú vyvŕtané tri otvory pre nastavovacie skrutky. Najlepšie je otáčať týmito skrutkami pomocou špeciálneho skrutkovača z obyčajného drôtu s dĺžkou 10-12 cm a priemerom 1,5-2 mm a vybaveného držadlom z izolačného materiálu. Po výrobe týchto dielov a inštalácii generátora môžete začať s nastavením zariadenia, ktoré zvyčajne spočíva v naladení obvodu L1C2 na rezonanciu s prirodzenou frekvenciou kremeňa. Kremenný tanier na (obr. 4) treba umyť mydlom v tečúcej vode a vysušiť. Kontaktný krúžok b je vyčistený zhora do lesku. Na klzný krúžok opatrne vložte kremennú platňu a nakvapkaním niekoľkých kvapiek transformátorového oleja na okraje platne zaskrutkujte kryt d tak, aby tlačil na kremennú platňu. Na označenie ultrazvukových vibrácií sú vybrania a a d na veku naplnené transformátorovým olejom alebo petrolejom. Po zapnutí napájania a minútovom zahriatí otočte ladiacim gombíkom a dosiahnite rezonanciu medzi osciláciami generátora kremennej platne. V okamihu rezonancie sa pozoruje maximálny opuch tekutiny naliatej do vybrania na viečku. Po nastavení generátora môžete začať predvádzať experimenty.

Konštrukcia generátora.

Jednou z najúčinnejších ukážok je vytvorenie fontány kvapaliny pod vplyvom ultrazvukových vibrácií. Aby sa získal prameň kvapaliny, je potrebné umiestniť nádobu "šošovky" na kremenný držiak tak, aby sa medzi dnom nádoby "šošovky" a kremennou doskou nevytváralo nahromadenie vzduchových bublín. Potom by sa mala obyčajná pitná voda naliať do nádoby na šošovky a minútu po zapnutí generátora sa na vodnej hladine objaví ultrazvuková fontána. Výšku fontány je možné zmeniť pomocou nastavovacích skrutiek, pričom predtým sa generátor nastavil pomocou kondenzátora C2. Pri správnom nastavení celého systému môžete získať vodnú fontánu s výškou 30-40 cm (obr. 7).

Obr. Ultrazvuková fontána.

Súčasne so vzhľadom fontány vzniká vodná hmla, ktorá je výsledkom kavitačného procesu sprevádzaného charakteristickým syčaním. Ak sa transformátorový olej naleje do nádoby „šošovky“ namiesto vody, fontána sa zreteľne zvýši na výšku. Nepretržité pozorovanie fontány je možné vykonávať, kým hladina kvapaliny v nádobe „šošovky“ neklesne na 20 mm. Na dlhodobé pozorovanie fontány by mala byť chránená sklenenou trubicou B, pozdĺž ktorej vnútorných stien môže prúdiaca kvapalina prúdiť späť.

Pri pôsobení ultrazvukových vibrácií na kvapalinu sa v nej vytvoria mikroskopické bubliny (jav kavitácie), ktorý je sprevádzaný výrazným zvýšením tlaku v mieste tvorby bublín. Tento jav vedie k zničeniu častíc hmoty alebo živých organizmov v kvapaline. Ak umiestnite malú rybu alebo dafnie „do šošovky“ s vodou, potom po 1-2 minútach ultrazvukového ožiarenia uhynú. Projekcia „šošovkovej“ nádoby s vodou na obrazovku umožňuje sledovať postupne všetky procesy tohto zážitku na početnom publiku (obr. 8).

Obr. Biologické pôsobenie ultrazvukových vibrácií.

Pomocou opísaného zariadenia je možné predviesť použitie ultrazvuku na čistenie malých častí od kontaminácie. Za týmto účelom sa malá časť (hodinový mechanizmus, kus kovu atď.), Hojne namazaná tukom, umiestni do spodnej časti fontány s kvapalinou. Fontána sa výrazne zníži a môže sa úplne zastaviť, ale kontaminovaná časť sa postupne vyčistí. Je potrebné poznamenať, že čistenie častí ultrazvukom vyžaduje použitie výkonnejších generátorov, preto nie je možné vyčistiť celú kontaminovanú časť v krátkom časovom období a je potrebné obmedziť sa iba na čistenie niekoľkých zubov.

Pomocou fenoménu kavitácie je možné získať olejovú emulziu. Za týmto účelom sa voda naleje do nádoby „šošovky“ a zhora sa pridá malý transformátorový olej. Aby ste zabránili rozstrekovaniu emulzie, zakryte nádobu šošovky s obsahom sklom. Keď je generátor zapnutý, vytvorí sa studňa vody a oleja. Po 1-2 minútach. ožiarením sa v cieve šošovky vytvorí stabilná mliečna emulzia.

Je známe, že šírenie ultrazvukových vibrácií vo vode je možné zviditeľniť a jasne demonštrovať niektoré vlastnosti ultrazvuku. Vyžaduje si to vaňu s priehľadným a plochým dnom a čo najväčšiu, s výškou strany najmenej 5-6 cm. Vaňa je umiestnená nad otvorom v predvádzacej tabuľke, aby bolo možné zospodu osvetliť celé priehľadné dno. . Na osvetlenie je dobré použiť šesťvoltovú žiarovku do auta ako bodový svetelný zdroj na premietanie študovaných procesov na strop publika (obr. 9).

Obr. Lom a odraz ultrazvukových vĺn.

Môžete tiež použiť bežnú žiarovku s nízkym výkonom. Voda sa naleje do kúpeľa tak, že kremenná platňa v kremennom držiaku, keď je umiestnená zvisle, je do nej úplne ponorená. Potom môžete zapnúť generátor a posunutím držiaka kremeňa zo zvislej polohy do šikmej polohy sledovať šírenie ultrazvukového lúča v projekcii na strope auditória. V tomto prípade môže byť kremenný držiak držaný drôtmi l a c, ktoré sú k nemu pripojené, alebo môže byť predbežne upevnený v špeciálnom držiaku, pomocou ktorého môžete plynule meniť uhly dopadu ultrazvukového lúča vo vertikálnom a horizontálnom smere lietadlá, resp. Ultrazvukový lúč sa pozoruje vo forme svetelných škvŕn umiestnených pozdĺž šírenia ultrazvukových vibrácií vo vode. Umiestnením prekážky na dráhu šírenia ultrazvukového lúča je možné pozorovať odraz a lom lúča.

Popisovaná inštalácia umožňuje vykonávať ďalšie experimenty, ktorých povaha závisí od študovaného programu a vybavenia triedy. Platne s titaničitanom bárnatým a všeobecne akékoľvek platne s piezoelektrickým efektom pri frekvenciách od 0,5 MHz do 4,5 MHz môžu byť zahrnuté ako generátorové zaťaženie. Za prítomnosti platní pre iné frekvencie je potrebné zmeniť počet závitov v induktoroch (zvýšenie pre frekvencie pod 0,5 MHz a zníženie pre frekvencie nad 4,5 MHz). Pri úprave oscilačného obvodu a spätnoväzbovej cievky na 15 kHz môžete namiesto kremeňa zapnúť akýkoľvek magnetostrikčný menič s výkonom maximálne 60 VA.

Držitelia patentu RU 2286216:

Vynález sa týka zariadenia na ultrazvukové čistenie a spracovanie suspenzií vo výkonných akustických poliach, najmä na rozpúšťanie, emulgáciu, disperziu, ako aj zariadení na príjem a prenos mechanických vibrácií využívajúcich efekt magnetostrikcie. Inštalácia obsahuje magnetostrikčný menič s ultrazvukovou tyčou, pracovnú komoru vyrobenú vo forme kovovej valcovej rúrky a akustický vlnovod, ktorého emitujúci koniec je hermeticky spojený so spodkom valcovej rúrky pomocou elastického tesniaceho krúžku, a prijímací koniec tohto vlnovodu je akusticky pevne spojený s vysielacím povrchom ultrazvukového tyčového meniča ... Do zariadenia je dodatočne zavedený prstencový magnetostrikčný žiarič, ktorého magnetický obvod je akusticky pevne pritlačený na rúrku pracovnej komory. Ultrazvuková inštalácia tvorí v spracovanom kvapalnom médiu dvojfrekvenčné akustické pole, ktoré poskytuje zvýšenie zintenzívnenia technologického postupu bez zníženia kvality konečného produktu. 3 C.p. f-ly, 1 dwg.

Vynález sa týka zariadenia na ultrazvukové čistenie a spracovanie suspenzií vo výkonných akustických poliach, najmä na rozpúšťanie, emulgáciu, disperziu, ako aj zariadení na príjem a prenos mechanických vibrácií využívajúcich efekt magnetostrikcie.

Je známe zariadenie na zavádzanie ultrazvukových vibrácií do kvapaliny (DE patent č. 3815925, V 08 V 3/12, 1989) pomocou ultrazvukového senzora, ktorý je pomocou hermeticky izolovaného kužeľa emitujúceho zvuk prírubu v spodnej zóne vo vnútri kvapalného kúpeľa.

Najbližší technické riešenie k navrhovanému je ultrazvuková inštalácia typu UZVD-6 (A.V. Donskoy, OKKeller, G.S.Kratysh „Ultrazvukové elektrotechnologické inštalácie“, Leningrad: Energoizdat, 1982, s. 169), obsahujúca tyčový ultrazvukový menič, pracovná komora vyrobená v kovová valcová rúrka a akustický vlnovod, ktorého emitujúci koniec je hermeticky spojený so spodnou časťou valcovej rúrky pomocou elastického tesniaceho krúžku a prijímací koniec tohto vlnovodu je akusticky tuho spojený s vyžarujúcim zdrojom povrch tyčového ultrazvukového meniča.

Nevýhodou identifikovaných známych ultrazvukových inštalácií je, že pracovná komora má jeden zdroj ultrazvukových vibrácií, ktoré sú do nej prenášané z magnetostrikčného meniča koncom vlnovodu, ktorého mechanické vlastnosti a akustické parametre určujú maximálne povolené žiarenie. intenzita. Prijatá intenzita žiarenia ultrazvukových vibrácií často nemôže uspokojiť požiadavky technologického postupu vo vzťahu ku kvalite konečného produktu, čo si vyžaduje predĺženie času spracovania kvapalného média ultrazvukom a vedie k zníženiu intenzita technologického postupu.

Ultrazvukové zariadenia, analógy a prototypy nárokovaných vynálezov identifikované v priebehu patentového prieskumu, keď sú implementované, nezabezpečujú dosiahnutie technického výsledku, ktorý spočíva vo zvýšení intenzifikácie technologického postupu bez zníženia kvality konečný výrobok.

Navrhovaný vynález rieši problém vytvorenia ultrazvukovej inštalácie, ktorej implementácia zaisťuje dosiahnutie technického výsledku, ktorý spočíva vo zvýšení intenzifikácie technologického postupu bez zníženia kvality konečného produktu.

Podstata vynálezu spočíva v tom, že v ultrazvukovej inštalácii obsahujúcej tyčový ultrazvukový menič, pracovnú komoru vyrobenú vo forme kovovej valcovej rúrky a akustický vlnovod, ktorého emitujúci koniec je hermeticky spojený so spodkom valcovitá rúrka pomocou elastického tesniaceho krúžku a prijímací koniec tohto vlnovodu je akusticky pevne spojený s vysielacím povrchom tyčového ultrazvukového meniča; dodatočne je zavedený prstencový magnetostrikčný žiarič, ktorého magnetický obvod je akusticky tuho stlačený na rúrku pracovnej komory. Okrem toho je na vyžarujúci koniec vlnovodu v oblasti výtlakovej zostavy pripevnený elastický tesniaci krúžok. V tomto prípade je spodný koniec magnetického obvodu prstencového žiariča umiestnený v rovnakej rovine s vyžarujúcim koncom akustického vlnovodu. Navyše povrch vyžarujúceho konca akustického vlnovodu je konkávny, sférický, s polomerom gule rovnajúcim sa polovici dĺžky magnetického obvodu prstencového magnetostrikčného žiariča.

Technický výsledok sa dosiahne nasledujúcim spôsobom. Tyčový ultrazvukový menič je zdrojom ultrazvukových vibrácií, ktoré poskytujú potrebné parametre akustického poľa v pracovnej komore zariadenia na vykonávanie technologického postupu, ktorý zaisťuje zintenzívnenie a kvalitu konečného produktu. Akustický vlnovod, ktorého vysielací koniec je hermeticky spojený so spodnou časťou valcového potrubia a prijímací koniec tohto vlnovodu je akusticky pevne spojený s povrchom vyžarujúcim tyčový ultrazvukový menič, zaisťuje prenos ultrazvukových vibrácií do spracované kvapalné médium pracovnej komory. V tomto prípade je tesnosť a pohyblivosť spoja zaistená skutočnosťou, že vyžarujúci koniec vlnovodu je spojený so spodnou časťou rúrky pracovnej komory pomocou elastického tesniaceho krúžku. Mobilita spoja poskytuje možnosť prenosu mechanických vibrácií z meniča cez vlnovod do pracovnej komory, do kvapalného spracovaného média, možnosť vykonania technologického postupu a v dôsledku toho získanie požadovaného technického výsledku.

Navyše, v nárokovanej inštalácii je elastický tesniaci krúžok na rozdiel od prototypu, v ktorom je inštalovaný v zóne posunovacej antinódy, upevnený na vysielacom konci vlnovodu v zóne posunutého uzla. Výsledkom je, že pri inštalácii podľa prototypu O-krúžok tlmí vibrácie a znižuje Q-faktor vibračného systému, a v dôsledku toho znižuje intenzitu technologického postupu. Pri uvedenej inštalácii je O-krúžok inštalovaný v oblasti výtlakovej jednotky, takže neovplyvňuje vibračný systém. To vám umožní preniesť viac energie vlnovodom v porovnaní s prototypom, a tým zvýšiť intenzitu žiarenia, preto zintenzívnite technologický postup bez toho, aby bola ohrozená kvalita konečného produktu. Navyše, pretože v nárokovanej inštalácii je O-krúžok inštalovaný v oblasti zostavy, t.j. v zóne nulových deformácií sa nezrúti z vibrácií, zachováva pohyblivosť spojenia vyžarujúceho konca vlnovodu s dno potrubia pracovnej komory, čo vám umožňuje udržiavať intenzitu žiarenia. V prototype je tesniaci krúžok inštalovaný v zóne maximálnej deformácie vlnovodu. Krúžok sa preto postupne zrúti z vibrácií, čím sa postupne zníži intenzita žiarenia, a potom sa preruší tesnosť spojenia a naruší sa prevádzka inštalácie.

Použitie prstencového magnetostrikčného žiariča umožňuje realizáciu vysokého konverzného výkonu a významnej oblasti žiarenia (A.V. Donskoy, OK Keller, G.S. zintenzívnenie technologického postupu bez zníženia kvality konečného produktu.

Pretože je rúrka valcová a magnetostrikčný žiarič zavedený do zariadenia je prstencový, je možné magnetický obvod pritlačiť na vonkajší povrch rúrky. Keď je na vinutie magnetického vodiča privádzané napájacie napätie, v doskách dochádza k magnetostrikčnému účinku, ktorý vedie k deformácii prstencových dosiek magnetického obvodu v radiálnom smere. V tomto prípade, vzhľadom na skutočnosť, že rúrka je vyrobená z kovu a magnetický obvod je akusticky pevne pritlačený na rúrku, deformácia prstencových dosiek magnetického obvodu sa transformuje na radiálne vibrácie steny potrubia. Výsledkom je, že elektrické vibrácie budiaceho generátora prstencového magnetostrikčného žiariča sa prevádzajú na radiálne mechanické vibrácie magnetostrikčných dosiek a v dôsledku akusticky tuhého spojenia roviny žiarenia magnetického obvodu s povrchom potrubia sú mechanické vibrácie prenášané stenami potrubia do spracovaného kvapalného média. V tomto prípade je zdrojom akustických vibrácií v spracovanom kvapalnom médiu vnútorná stena valcovej rúrky pracovnej komory. V dôsledku toho sa v nárokovanom zariadení v upravenom kvapalnom médiu vytvorí akustické pole s druhou rezonančnou frekvenciou. V tomto prípade zavedenie prstencového magnetostrikčného žiariča v nárokovanej inštalácii v porovnaní s prototypom zväčšuje plochu vyžarovacej plochy: vysielaciu plochu vlnovodu a časť vnútornej steny pracovnej komory, na ktorého vonkajší povrch je stlačený prstencový magnetostrikčný žiarič. Zväčšenie plochy vyžarujúceho povrchu zvyšuje intenzitu akustického poľa v pracovnej komore, a preto umožňuje zintenzívniť technologický proces bez zníženia kvality konečného produktu.

Umiestnenie dolného konca magnetického obvodu prstencového žiariča v rovnakej rovine s vyžarujúcim koncom akustického vlnovodu je najlepšia možnosť, pretože jeho umiestnenie pod vyžarujúci koniec vlnovodu vedie k vytvoreniu mŕtvej (stagnujúcej) zóny pre prstencový menič (kruhový žiarič - potrubie). Umiestnenie spodného konca magnetického obvodu prstencového žiariča nad vyžarujúci koniec vlnovodu znižuje účinnosť prstencového meniča. Obe možnosti vedú k zníženiu intenzity účinku celkového akustického poľa na spracovávané kvapalné médium a v dôsledku toho k zníženiu intenzifikácie technologického postupu.

Pretože povrch vyžarovania prstencového magnetostrikčného žiariča je valcová stena, zvuková energia je zaostrená, t.j. koncentrácia akustického poľa sa vytvára pozdĺž osovej čiary potrubia, na ktorú je pritlačené magnetické jadro žiariča. Pretože povrch vyžarovania ultrazvukového tyčového meniča je vytvorený vo forme konkávnej gule, tento vyžarujúci povrch tiež zameriava zvukovú energiu, ale blízko bodu, ktorý leží na stredovej čiare potrubia. Takže pri rôznych ohniskových vzdialenostiach sa ohniská oboch emitujúcich povrchov zhodujú a koncentrujú silnú akustickú energiu v malom objeme pracovnej komory. Pretože dolný koniec magnetického obvodu prstencového žiariča je umiestnený v rovnakej rovine s vyžarujúcim koncom akustického vlnovodu, v ktorom je konkávna guľa vytvorená s polomerom rovnajúcim sa polovici dĺžky magnetického obvodu prstencového magnetostrikčného radiátor, bod zaostrenia akustickej energie leží v strede osovej čiary potrubia, tj v strede pracovnej komory zariadenia je v malom objeme koncentrovaná silná akustická energia („Ultrazvuk. Malá encyklopédia“, šéfredaktor I.P. Golyanina, Moskva: Sovietska encyklopédia, 1979, s. 367-370). V oblasti zamerania akustických energií oboch emitujúcich povrchov je intenzita účinku akustického poľa na spracované kvapalné médium stonásobne vyššia ako v ostatných oblastiach komory. Vytvorí sa lokálny objem so silnou intenzitou expozície poľa. Vzhľadom na miestnu silnú intenzitu nárazu sa zničia aj ťažko obrobiteľné materiály. Okrem toho je v tomto prípade zo stien odklonený silný ultrazvuk, ktorý chráni steny komory pred zničením a kontamináciou spracovaného materiálu produktom ničenia steny. Tým, že je povrch emitujúceho konca akustického vlnovodu konkávny, sférický, s polomerom gule rovnajúcim sa polovici dĺžky magnetického obvodu prstencového magnetostrikčného žiariča, zvyšuje intenzita dopadu akustického poľa na spracované kvapalné médium, a preto poskytuje zintenzívnenie technologického postupu bez zníženia kvality konečného produktu.

Ako je uvedené vyššie, v nárokovanej inštalácii sa v upravenom kvapalnom médiu vytvára akustické pole s dvoma rezonančnými frekvenciami. Prvá rezonančná frekvencia je určená rezonančnou frekvenciou tyčového magnetostrikčného meniča, druhá - rezonančnou frekvenciou prstencového magnetostrikčného žiariča stlačeného na trubicu pracovnej komory. Rezonančná frekvencia prstencového magnetostrikčného žiariča je určená z výrazu lcp = λ = c / fres, kde lcp je dĺžka stredovej čiary magnetického obvodu žiariča, λ je vlnová dĺžka v materiáli magnetického obvodu, c je rýchlosť elastických vibrácií v materiáli magnetického obvodu, fres je rezonančná frekvencia žiariča (A. Donskoy, OKKeller, G.S.Kratysh „Ultrazvukové elektrotechnologické inštalácie“, Leningrad: Energoizdat, 1982, s. 25). Inými slovami, druhá rezonančná frekvencia zariadenia je určená dĺžkou stredovej čiary prstencového magnetického obvodu, ktorá je zase určená vonkajším priemerom potrubia pracovnej komory: čím dlhšia je stredová čiara magnetického obvodu , čím je nižšia druhá rezonančná frekvencia inštalácie.

Prítomnosť dvoch rezonančných frekvencií v deklarovanej inštalácii umožňuje zintenzívniť technologický proces bez zníženia kvality konečného produktu. To je vysvetlené nasledovne.

Vplyvom akustického poľa v spracovanom kvapalnom médiu vznikajú akustické toky - stacionárne vírivé toky kvapaliny, ktoré vznikajú vo voľnom nehomogénnom zvukovom poli. Pri deklarovanej inštalácii v spracovanom kvapalnom médiu sa tvoria dva typy akustických vĺn, z ktorých každá má svoju vlastnú rezonančnú frekvenciu: valcová vlna sa šíri radiálne z vnútorný povrch potrubia (pracovná komora) a rovinná vlna sa šíri pozdĺž pracovnej komory zdola nahor. Prítomnosť dvoch rezonančných frekvencií zvyšuje účinok akustických tokov na spracované kvapalné médium, pretože pri každej rezonančnej frekvencii sa vytvárajú vlastné akustické toky, ktoré intenzívne miešajú kvapalinu. To tiež vedie k zvýšeniu turbulencie akustických prúdov a k ešte intenzívnejšiemu miešaniu upravenej kvapaliny, čo zvyšuje intenzitu účinku akustického poľa na upravené kvapalné médium. V dôsledku toho je technologický proces zintenzívnený bez zníženia kvality konečného produktu.

Okrem toho pod vplyvom akustického poľa v spracovanom kvapalnom médiu dochádza k kavitácii - tvorbe ruptúr kvapalného média tam, kde dochádza k lokálnemu poklesu tlaku. V dôsledku kavitácie sa tvoria kavitačné bubliny parného plynu. Ak je akustické pole slabé, bubliny rezonujú a v poli pulzujú. Ak je akustické pole silné, bublina sa zrúti po období zvukovej vlny (ideálny prípad), pretože spadá do oblasti vysokého tlaku vytvoreného týmto poľom. Keď bubliny kolabujú, spôsobujú silné hydrodynamické poruchy v kvapalnom médiu, intenzívne žiarenie akustických vĺn a spôsobujú deštrukciu povrchov pevných látok hraničiacich s kavitujúcou kvapalinou. V nárokovanej inštalácii je akustické pole silnejšie ako akustické pole prototypového zariadenia, čo sa vysvetľuje prítomnosťou dvoch rezonančných frekvencií. Výsledkom je, že v nárokovanej inštalácii je pravdepodobnosť zrútenia kavitačných bublín vyššia, čo zvyšuje kavitačné efekty a zvyšuje intenzitu účinku akustického poľa na spracované kvapalné médium, a preto poskytuje zintenzívnenie technologického procesu bez zníženia kvality konečného produktu.

Čím nižšia je rezonančná frekvencia akustického poľa, tým väčšia je bublina, pretože obdobie na nízkej frekvencii je veľké a bubliny majú čas rásť. Život bubliny počas kavitácie je jedno frekvenčné obdobie. Keď bublina skolabuje, vytvára silný tlak. Čím väčšia je bublina, tým viac vysoký tlak sa vytvorí, keď sa zabuchne. V deklarovanej ultrazvukovej inštalácii sa kvôli dvojfrekvenčnému zvuku spracovanej kvapaliny kavitačné bubliny líšia veľkosťou: väčšie sú výsledkom pôsobenia kvapalného média s nízkou frekvenciou a malé - s vysokou frekvenciou. Pri čistení povrchov alebo spracovaní suspenzie malé bublinky prenikajú do trhlín a dutín tuhých častíc a po zbalení vytvárajú efekty mikrošoku, ktoré oslabujú integritu tuhých častíc zvnútra. Väčšie bubliny, ktoré sa rúcajú, vyvolávajú tvorbu nových mikrotrhliniek v pevných časticiach, čím sa ešte viac oslabujú mechanické väzby v nich. Pevné častice sú zničené.

Pri emulgácii, rozpúšťaní a miešaní veľké bubliny ničia medzimolekulové väzby v zložkách budúcej zmesi, skracujú reťazce a vytvárajú podmienky pre malé bublinky pre ďalšiu deštrukciu medzimolekulových väzieb. V dôsledku toho sa zintenzívňuje technologický proces bez zníženia kvality konečného produktu.

Okrem toho v nárokovanej inštalácii v dôsledku interakcie akustických vĺn s rôznymi rezonančnými frekvenciami v upravenom kvapalnom médiu dochádza k prebíjaniu v dôsledku superpozície dvoch frekvencií (princíp superpozície), ktoré spôsobujú prudké okamžité zvýšenie amplitúda akustického tlaku. V takýchto chvíľach môže byť rázová sila akustickej vlny niekoľkonásobne vyššia ako špecifický výkon inštalácie, čo zosilňuje technologický proces a nielenže neznižuje, ale zlepšuje kvalitu konečného produktu. Prudké zvýšenie amplitúdy akustického tlaku navyše uľahčuje dodávku kavitačných jadier do kavitačnej zóny; kavitácia sa zvyšuje. Kavitačné bubliny, tvoriace sa v póroch, nepravidelnosti, trhliny na povrchu tuhej látky v suspenzii, vytvárajú lokálne akustické toky, ktoré intenzívne miešajú kvapalinu vo všetkých mikroobjemoch, čo tiež umožňuje zintenzívniť technologický postup bez zníženia kvality konečnej výrobok.

Z vyššie uvedeného teda vyplýva, že nárokovaná ultrazvuková inštalácia, vzhľadom na možnosť vytvorenia dvojfrekvenčného akustického poľa v upravenom kvapalnom médiu, keď je implementovaná, zaisťuje dosiahnutie technického výsledku, ktorý spočíva vo zvýšení intenzity technologický postup bez zníženia kvality konečného produktu: výsledky čistenia povrchov, dispergovanie tuhých zložiek v kvapaline, proces emulgácie, miešania a rozpúšťania zložiek kvapalného média.

Na výkrese je deklarovaná ultrazvuková inštalácia. Ultrazvuková inštalácia obsahuje ultrazvukový tyčový magnetostrikčný menič 1 s vysielacou plochou 2, akustický vlnovod 3, pracovnú komoru 4, magnetické jadro 5 prstencového magnetostrikčného žiariča 6, elastický tesniaci krúžok 7, kolík 8. Otvory 9 sú v magnetickom jadre 5 na uskutočnenie budiaceho vinutia (nezobrazené) ... Pracovná komora 4 je vyrobená vo forme kovovej, napríklad oceľovej, valcovej rúrky. V príklade inštalácie je vlnovod 3 vytvorený vo forme zrezaného kužeľa, v ktorom je vysielací koniec 10 pomocou elastického tesniaceho krúžku 7 hermeticky spojený so spodnou časťou rúrky pracovnej komory 4, a prijímací koniec 11 je axiálne spojený kolíkom 8 s vysielacou plochou 2 meniča 1. Magnetické jadro 5 vyrobené vo forme balíka magnetostrikčných dosiek vo forme krúžkov a akusticky tuho pritlačené na rúrku pracovná komora 4; okrem toho je magnetický obvod 5 vybavený budiacim vinutím (nie je znázornené).

Elastický tesniaci krúžok 7 je upevnený na vysielacom konci 10 vlnovodu 3 v oblasti posunovacej jednotky. V tomto prípade je spodný koniec magnetického obvodu 5 prstencového žiariča 6 umiestnený v rovnakej rovine s vyžarujúcim koncom 10 akustického vlnovodu 3. Navyše je vytvorený povrch vyžarujúceho konca 10 akustického vlnovodu 3. konkávny, sférický, s polomerom gule rovnajúcim sa polovici dĺžky magnetického obvodu 5 prstencového magnetostrikčného žiariča 6.

Ako tyčový ultrazvukový menič je možné použiť napríklad ultrazvukový magnetostrikčný menič typu PMS-15A-18 (BT3.836.001 TU) alebo PMS-15-22 9SYUIT.671.119.003 TU). Ak technologický postup vyžaduje vyššie frekvencie: 44 kHz, 66 kHz atď., Potom je tyčový menič založený na piezoelektrickej keramike.

Magnetický obvod 5 môže byť vyrobený z materiálu so záporným napätím, napríklad z niklu.

Ultrazvuková inštalácia funguje nasledovne. Na budiace vinutia meniča 1 a prstencového magnetostrikčného žiariča 6 sa privádza napájacie napätie. Pracovná komora 4 je naplnená spracovaným kvapalným médiom 12, napríklad na rozpustenie, emulgáciu, disperziu alebo plnenie kvapalným médiom, do ktorých sú umiestnené časti na čistenie povrchov. Po privedení napájacieho napätia do pracovnej komory 4 sa v kvapalnom médiu 12 vytvorí akustické pole s dvoma rezonančnými frekvenciami.

Vplyvom generovaného dvojfrekvenčného akustického poľa v upravenom médiu 12 vznikajú akustické toky a kavitácia. Súčasne, ako je uvedené vyššie, sa kavitačné bubliny líšia veľkosťou: väčšie sú výsledkom vystavenia kvapalnému médiu s nízkou frekvenciou a malé - s vysokou frekvenciou.

V kavitačnom kvapalnom médiu napríklad pri dispergovaní alebo čistení povrchov malé bublinky prenikajú do trhlín a dutín tuhej zložky zmesi a po zbalení vytvárajú efekty mikrošoku, ktoré oslabujú integritu tuhých častíc zvnútra. Bubliny väčšej veľkosti, ktoré sa zrútia, rozbijú časticu oslabenú zvnútra na malé frakcie.

Okrem toho v dôsledku interakcie akustických vĺn s rôznymi rezonančnými frekvenciami dochádza k bitiu, čo vedie k prudkému okamžitému zvýšeniu amplitúdy akustického tlaku (k akustickému šoku), čo vedie k ešte intenzívnejšej deštrukcii vrstiev na povrch, ktorý sa má čistiť, a ešte väčšie rozdrvenie tuhých frakcií v upravenej kvapaline. médium pri prijatí suspenzie. Prítomnosť dvoch rezonančných frekvencií súčasne zvyšuje turbulenciu akustických prúdov, čo prispieva k intenzívnejšiemu miešaniu spracovaného kvapalného média a intenzívnejšej deštrukcii pevných častíc na povrchu súčiastky aj v suspenzii.

Pri emulgácii a rozpúšťaní veľké kavitačné bubliny ničia medzimolekulové väzby v zložkách budúcej zmesi, skracujú reťazce a vytvárajú podmienky pre malé kavitačné bubliny pre ďalšie zničenie medzimolekulárnych väzieb. Akustická rázová vlna a zvýšená turbulencia akustických prúdov, ktoré sú výsledkom dvojfrekvenčného sondovania upraveného kvapalného média, tiež ničia medzimolekulové väzby a zintenzívňujú proces miešania média.

V dôsledku kombinovaného účinku vyššie uvedených faktorov na spracované kvapalné médium je vykonaný technologický proces zintenzívnený bez zníženia kvality konečného produktu. Ako ukázali testy, v porovnaní s prototypom je špecifický výkon nárokovaného meniča dvakrát vyšší.

Na zvýšenie kavitačného účinku v inštalácii môže byť poskytnutý zvýšený statický tlak, ktorý môže byť implementovaný podobne ako prototyp (A.V. Donskoy, OKKeller, G.S.Kratysh „Ultrazvukové elektrotechnologické inštalácie“, Leningrad: Energoizdat, 1982, s. 169): systém potrubí spojených s vnútorným objemom pracovnej komory; valec na stlačený vzduch; poistný ventil a tlakomer. V tomto prípade musí byť pracovná komora vybavená utesneným krytom.

1. Ultrazvuková inštalácia obsahujúca tyčový ultrazvukový menič, pracovnú komoru vyrobenú vo forme kovovej valcovej rúrky a akustický vlnovod, ktorého emitujúci koniec je hermeticky spojený so spodkom valcovej rúrky pomocou elastického tesniaceho krúžku a prijímací koniec tohto vlnovodu je akusticky pevne spojený s ultrazvukovým meničom tyče s vyžarovacou plochou, vyznačujúci sa tým, že do zariadenia je dodatočne zavedený prstencový magnetostrikčný žiarič, ktorého magnetický obvod je akusticky pevne pritlačený na rúrku pracovnej komory .

2. Zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že elastický tesniaci krúžok je upevnený na vyžarujúcom konci vlnovodu v oblasti posunovacej jednotky.

3. Zariadenie podľa nároku 2, vyznačujúce sa tým, že dolný koniec magnetického obvodu prstencového žiariča je umiestnený v rovnakej rovine s vyžarujúcim koncom akustického vlnovodu.

4. Zariadenie podľa nároku 3, vyznačujúce sa tým, že povrch vyžarujúceho konca akustického vlnovodu je konkávny, sférický, s polomerom gule rovnajúcim sa polovici dĺžky magnetického obvodu prstencového magnetostrikčného žiariča.